JP2016010746A - Crosslinked chitosan derivative-containing adsorptive material as well as method for adsorbing and method for recovering metallic ions - Google Patents

Crosslinked chitosan derivative-containing adsorptive material as well as method for adsorbing and method for recovering metallic ions Download PDF

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直行 岩知道
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adsorptive material that can separate and recover metallic ions, in particular indium ions and/or gallium ions, as well as to provide a manufacturing method of said adsorptive material, and a method for adsorbing and a method for recovering metallic ions by using said adsorptive material.SOLUTION: Provided is an adsorptive material comprising a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by the formula (I).

Description

本発明は、クエン酸を導入した架橋キトサン誘導体を含む吸着材、該架橋キトサン誘導体の製造方法、ならびに、該吸着材を用いる金属イオンの吸着方法および回収方法に関する。   The present invention relates to an adsorbent containing a cross-linked chitosan derivative into which citric acid has been introduced, a method for producing the cross-linked chitosan derivative, and a metal ion adsorption method and recovery method using the adsorbent.

インジウムおよびガリウムなどのレアメタルは、携帯電話、液晶テレビ、パソコン等の電子機器および電池などの部品において、広く用いられている。近年の金属資源価格の高騰に伴い、金属資源のリサイクルは工業スケールで行われつつある。   Rare metals such as indium and gallium are widely used in electronic devices such as mobile phones, liquid crystal televisions, personal computers, and parts such as batteries. With recent rises in metal resource prices, metal resources are being recycled on an industrial scale.

インジウムは、例えば液晶やプラズマなどのフラットパネルディスプレイおよび太陽電池において透明電極として使用されている透明導電膜(ITO、Indium Tin Oxide)の原料である。透明導電膜の需要が高まるにつれて、インジウムの価格は高騰している。インジウムをリサイクルする試みはなされているものの、例えばフラットパネルディスプレイ製造において使用したエッチング廃液、および、消費者により使用済みの廃フラットパネルディスプレイ等の廃電子材料および廃電子機器からのインジウムの回収には、コストと時間を要するため、簡単かつ効率的な回収方法に対する要求が存在する。   Indium is a raw material of a transparent conductive film (ITO, Indium Tin Oxide) used as a transparent electrode in flat panel displays such as liquid crystal and plasma and solar cells. As the demand for transparent conductive films increases, the price of indium is rising. Although attempts have been made to recycle indium, for example, etching waste liquid used in flat panel display manufacturing, and recovery of indium from waste electronic materials and waste electronic equipment such as waste flat panel displays used by consumers Due to cost and time, there is a need for a simple and efficient recovery method.

ガリウムは、その発光特性、高周波特性等を活かして、リンおよびヒ素等の元素との化合物半導体として、例えば発光ダイオード、集積回路および太陽電池等において利用されている。しかし、廃電子材料および廃電子機器からのガリウムの回収にはコストと時間を要するため、簡単かつ効率的な回収方法が求められている。   Gallium is utilized as a compound semiconductor with elements such as phosphorus and arsenic in light emitting diodes, integrated circuits, solar cells, and the like, taking advantage of its light emission characteristics, high frequency characteristics, and the like. However, since recovery of gallium from waste electronic materials and waste electronic equipment requires cost and time, a simple and efficient recovery method is required.

インジウムおよびガリウムは、例えば亜鉛精錬および鉛精錬等における副産物である煙灰、残渣等に含まれており、これらから分離、回収することにより工業的に生産されている。この分離は現在、亜鉛やアルミニウム金属粉末を加えてインジウムおよびガリウムを置換・析出させることにより行われている。しかしながら、この分離方法は、複雑な工程からなり、インジウムおよびガリウムの選択性が低い。したがって、高純度のインジウムおよびガリウムを得るには多くの時間とプロセスが必要であった。   Indium and gallium are contained in, for example, smoke ash and residues, which are by-products in zinc refining and lead refining, and are industrially produced by separation and recovery from these. This separation is currently performed by adding zinc or aluminum metal powder to replace and deposit indium and gallium. However, this separation method consists of complicated processes and has low selectivity for indium and gallium. Therefore, much time and process are required to obtain high purity indium and gallium.

金属イオンの回収方法として、キトサン誘導体を利用した吸着材が提案されている。例えば、インジウムイオンおよびガリウムイオンを選択的に吸着する吸着材として、フェニルホスフィン酸基を含有する架橋キトサン誘導体を含む吸着材が提案されている(特許文献1)。しかし、特許文献1に記載された吸着材は、インジウムおよびガリウムに対して十分な吸着特性、例えば十分に高い飽和吸着量を有するものではない。また、特許文献1に記載されたフェニルホスフィン酸基を含有する架橋キトサン誘導体は、その製造工程が複雑であり、さらに、リン元素を含有するため、環境に優しい吸着材とはいえない。   Adsorbents using chitosan derivatives have been proposed as methods for recovering metal ions. For example, as an adsorbent that selectively adsorbs indium ions and gallium ions, an adsorbent containing a crosslinked chitosan derivative containing a phenylphosphinic acid group has been proposed (Patent Document 1). However, the adsorbent described in Patent Document 1 does not have sufficient adsorption characteristics for indium and gallium, for example, a sufficiently high saturated adsorption amount. Further, the crosslinked chitosan derivative containing a phenylphosphinic acid group described in Patent Document 1 has a complicated manufacturing process and further contains a phosphorus element, and thus cannot be said to be an environmentally friendly adsorbent.

キトサン誘導体を利用した吸着材の別の例として、例えば多孔質キトサン微粒子とヒドロキシキノリンとアルデヒドとを反応させて得た吸着材(特許文献2)、架橋キトサンを含む吸着材(特許文献3)、ピリジン環を含有する架橋キトサン誘導体を含む吸着材(特許文献4)等が挙げられる。しかし、これらの文献に開示された吸着材はいずれも、複雑なキトサン誘導体の製造工程を必要とするか、特にインジウムおよびガリウム等の金属イオンに対して十分な吸着特性を有さない。   As another example of an adsorbent using a chitosan derivative, for example, an adsorbent obtained by reacting porous chitosan fine particles, hydroxyquinoline and aldehyde (Patent Document 2), an adsorbent containing crosslinked chitosan (Patent Document 3), An adsorbent containing a cross-linked chitosan derivative containing a pyridine ring (Patent Document 4) and the like can be mentioned. However, any of the adsorbents disclosed in these documents requires a complicated process for producing a chitosan derivative or does not have sufficient adsorption characteristics particularly for metal ions such as indium and gallium.

特開2010−179205号公報JP 2010-179205 A 特開2014−4518号公報JP 2014-4518 A 特開2010−260028号公報JP 2010-260028 A 特開2007−224333号公報JP 2007-224333 A

本発明の課題は、金属イオン、特にインジウムイオンおよび/またはガリウムイオンを分離、回収することができる吸着材を提供することである。また、本発明の別の課題は、該吸着材の製造方法、ならびに、該吸着材を用いる金属イオンの吸着方法および回収方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an adsorbent capable of separating and recovering metal ions, particularly indium ions and / or gallium ions. Another object of the present invention is to provide a method for producing the adsorbent, and a method for adsorbing and recovering metal ions using the adsorbent.

本発明者らは、上記課題を解決するために吸着材およびその製造方法について詳細に検討を重ね、本発明を完成させるに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the adsorbent and its production method in detail, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
〔1〕式(I):

Figure 2016010746
で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体を含む、吸着材。
〔2〕金属イオンを吸着するための吸着材であって、該金属イオンはインジウムイオンおよびガリウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種である、前記〔1〕に記載の吸着材。
〔3〕キトサンとクエン酸とを混合し加熱下に脱水反応を行うことにより、架橋および官能基の導入を同時に行う、上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体の製造方法。
〔4〕少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、前記〔1〕または〔2〕に記載の吸着材とを接触させる工程を含む、金属イオンの吸着方法。
〔5〕少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、前記〔1〕または〔2〕に記載の吸着材とを接触させる工程;および
前記工程で得た金属イオンが吸着された吸着材と、酸性溶液または塩基性溶液とを接触させて、該吸着材から該金属イオンを脱離させる工程;
を含む、金属イオンの回収方法。
〔6〕インジウムイオンおよびガリウムイオンを含有する溶液と、前記〔1〕または〔2〕に記載の吸着材とを接触させる工程;
前記工程で得たインジウムイオンおよびガリウムイオンが吸着された吸着材と、塩基性溶液とを接触させて、該吸着材からガリウムイオンを脱離させる工程;および前記吸着材と、酸性溶液とを接触させて、該吸着材からインジウムイオンを脱離させる工程を含む、前記〔5〕に記載の回収方法。 That is, the present invention includes the following preferred embodiments.
[1] Formula (I):
Figure 2016010746
An adsorbent comprising a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by:
[2] The adsorbent for adsorbing metal ions, wherein the metal ions are at least one selected from the group consisting of indium ions and gallium ions.
[3] Production of a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by the above formula (I) in which chitosan and citric acid are mixed and subjected to a dehydration reaction under heating to simultaneously perform crosslinking and introduction of a functional group Method.
[4] A method for adsorbing metal ions, comprising a step of bringing a solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent according to [1] or [2].
[5] A step of bringing a solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent according to [1] or [2]; and an adsorbent on which the metal ion obtained in the step is adsorbed; Contacting the acidic solution or basic solution to desorb the metal ions from the adsorbent;
A method for recovering metal ions.
[6] A step of bringing a solution containing indium ions and gallium ions into contact with the adsorbent according to [1] or [2];
Contacting the adsorbent adsorbed with indium ions and gallium ions obtained in the step with a basic solution to desorb gallium ions from the adsorbent; and contacting the adsorbent with an acidic solution The recovery method according to [5], further including a step of desorbing indium ions from the adsorbent.

本発明の吸着材によれば、金属イオン、特にインジウムイオンおよび/またはガリウムイオンを選択的に吸着し、分離、回収することができる。   According to the adsorbent of the present invention, metal ions, particularly indium ions and / or gallium ions, can be selectively adsorbed, separated and recovered.

本発明の吸着材への金属イオンの吸着率とpHとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the adsorption rate of the metal ion to the adsorbent of this invention, and pH. 本発明によらない比較例1の吸着材への金属イオンの吸着率とpHとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the adsorption rate of the metal ion to the adsorbent of the comparative example 1 which is not based on this invention, and pH. 本発明の吸着材への金属イオンの吸着率とpHとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the adsorption rate of the metal ion to the adsorbent of this invention, and pH.

本発明の吸着材は、下記式(I):

Figure 2016010746
で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体を含む。 The adsorbent of the present invention has the following formula (I):
Figure 2016010746
A crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by:

架橋キトサン誘導体は、金属イオン等の吸着性を高める観点から、上記式(I)で示される構造単位を、架橋キトサン誘導体を構成する全グルコサミン単位の数に基づいて、50%以上含むことが好ましく、80%以上含むことがより好ましい。架橋キトサン誘導体を構成する全グルコサミン単位が、上記式(I)で示される構造単位であってもよい。   The cross-linked chitosan derivative preferably contains 50% or more of the structural unit represented by the above formula (I) based on the number of all glucosamine units constituting the cross-linked chitosan derivative, from the viewpoint of enhancing the adsorptivity of metal ions and the like. 80% or more is more preferable. The all glucosamine units constituting the crosslinked chitosan derivative may be structural units represented by the above formula (I).

式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体は、架橋されたキトサン誘導体である。架橋は、1つのグルコサミン単位における5位のCHOH基、3位のOH基および2位のアミノ基の少なくとも1つと、別のグルコサミン単位における5位のCHOH基、3位のOH基および2位のアミノ基の少なくとも1つとが、脱水縮合することにより形成される。架橋度は、特に限定されないが、適度な膨潤性を有し使用性が良好となる観点から、好ましくは0.3〜0.8、より好ましくは0.5〜0.8である。なお、架橋度は、元素分析および重量変化により測定することができる。 The crosslinked chitosan derivative containing the structural unit represented by the formula (I) is a crosslinked chitosan derivative. Cross-linking is performed by at least one of a CH 2 OH group at the 5-position in one glucosamine unit, an OH group at the 3-position, and an amino group at 2-position, and a CH 2 OH group at the 5-position and an OH group at the 3-position in another glucosamine unit. And at least one of the amino groups at the 2-position are formed by dehydration condensation. The degree of cross-linking is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 0.8, more preferably 0.5 to 0.8, from the viewpoint of appropriate swelling and usability. The degree of crosslinking can be measured by elemental analysis and weight change.

式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体は、特に限定されないが、例えば、エビ、カニなどの甲殻類の甲殻から得られるキチンを脱アセチル化して得たキトサンに由来してよく、市販のキトサンに由来してもよい。架橋キトサン誘導体の脱アセチル化度は、金属イオン等の吸着性能の観点からは、50以上%であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。   The crosslinked chitosan derivative containing the structural unit represented by the formula (I) is not particularly limited. For example, it is derived from chitosan obtained by deacetylating chitin obtained from crustacean shells such as shrimp and crab. Well, it may be derived from commercially available chitosan. The degree of deacetylation of the crosslinked chitosan derivative is preferably 50% or more and more preferably 80% or more from the viewpoint of adsorption performance of metal ions and the like.

式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体は、例えばインジウム、ガリウム、鉛、コバルト、亜鉛、マンガンおよびマグネシウム等の金属イオン、アミノ酸、たんぱく質およびペプチド等の生理活性物質、および、アミン類およびアンモニア等の塩基性物質等を吸着することができる。該架橋キトサン誘導体を含む本発明の吸着材は、好ましくは金属イオンを吸着するための吸着材であり、より好ましくはインジウム、ガリウム、亜鉛、銅およびセレンからなる群から選択される少なくとも1種の金属イオンを選択的に吸着するための吸着材であり、さらに好ましくはインジウム、ガリウムおよび亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属イオンを選択的に吸着するための吸着材であり、特に好ましくはインジウムおよびガリウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属イオンを選択的に吸着するための吸着材である。本発明の吸着材は、通常固体であり、安定であるため、工業的な長期使用に適当である。   The crosslinked chitosan derivative containing the structural unit represented by the formula (I) includes, for example, metal ions such as indium, gallium, lead, cobalt, zinc, manganese and magnesium, physiologically active substances such as amino acids, proteins and peptides, and Basic substances such as amines and ammonia can be adsorbed. The adsorbent of the present invention containing the crosslinked chitosan derivative is preferably an adsorbent for adsorbing metal ions, more preferably at least one selected from the group consisting of indium, gallium, zinc, copper and selenium. An adsorbent for selectively adsorbing metal ions, more preferably an adsorbent for selectively adsorbing at least one metal ion selected from the group consisting of indium, gallium and zinc, Preferably, it is an adsorbent for selectively adsorbing at least one metal ion selected from the group consisting of indium and gallium. Since the adsorbent of the present invention is usually solid and stable, it is suitable for industrial long-term use.

上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体は、キトサンとクエン酸とを混合し、加熱下に脱水反応を行うことにより、架橋および官能基の導入を同時に行い製造することができる。本発明は、キトサンとクエン酸とを混合し、加熱下に脱水反応を行うことにより、架橋および官能基の導入を同時に行う、上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体の製造方法を提供する。本発明の製造方法によれば、上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体をワンステップで簡単に製造することができる。   The crosslinked chitosan derivative containing the structural unit represented by the above formula (I) is manufactured by mixing chitosan and citric acid and performing a dehydration reaction under heating, thereby simultaneously performing crosslinking and introduction of a functional group. Can do. The present invention relates to a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by the above formula (I), wherein chitosan and citric acid are mixed and subjected to a dehydration reaction under heating to simultaneously perform crosslinking and introduction of a functional group. A manufacturing method is provided. According to the production method of the present invention, a crosslinked chitosan derivative containing the structural unit represented by the above formula (I) can be easily produced in one step.

本発明の製造方法で使用するキトサンとしては、特に限定されないが、例えば、エビ、カニなどの甲殻類の甲殻から得られるキチンを脱アセチル化して得たキトサン、または、市販のキトサンが挙げられる。キトサンの脱アセチル化度は、金属イオン等の吸着性能の観点から、50%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。   Although it does not specifically limit as chitosan used with the manufacturing method of this invention, For example, chitosan obtained by deacetylating chitin obtained from crustacean shells, such as a shrimp and a crab, or commercially available chitosan is mentioned. The degree of deacetylation of chitosan is preferably 50% or more, and more preferably 80% or more, from the viewpoint of adsorption performance of metal ions and the like.

本発明の製造方法において、キトサンとクエン酸とを混合する方法は特に限定されないが、例えば固体のキトサンに、クエン酸の水溶液を添加して混合してよい。キトサンとクエン酸との混合比は特に限定されないが、例えば金属イオン等の吸着性能の観点から、キトサン:クエン酸のモル比が好ましくは1:1〜1:5、より好ましくは1:2〜1:5となるような混合比で混合してよい。   In the production method of the present invention, the method for mixing chitosan and citric acid is not particularly limited. For example, an aqueous citric acid solution may be added to and mixed with solid chitosan. The mixing ratio of chitosan and citric acid is not particularly limited. For example, from the viewpoint of adsorption performance of metal ions and the like, the molar ratio of chitosan: citric acid is preferably 1: 1 to 1: 5, more preferably 1: 2 to 2. You may mix by the mixing ratio which will be 1: 5.

本発明の製造方法において、加熱下に脱水反応を行う際の加熱温度は、通常80〜120℃、好ましくは90〜120℃、より好ましくは100〜120℃である。加熱時間は、加熱温度に応じて適宜選択してよいが、通常1〜3時間、好ましくは1.5〜2時間である。脱水反応が促進されることにより、上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体を容易に製造できる観点から、本発明の製造方法において、乾燥を行うことが好ましい。乾燥は、例えば減圧乾燥により行ってよい。加熱しながら乾燥を行ってもよいし、加熱と乾燥を別々に行ってもよい。   In the production method of the present invention, the heating temperature when the dehydration reaction is performed under heating is usually 80 to 120 ° C, preferably 90 to 120 ° C, more preferably 100 to 120 ° C. The heating time may be appropriately selected according to the heating temperature, but is usually 1 to 3 hours, preferably 1.5 to 2 hours. From the viewpoint of easily producing a crosslinked chitosan derivative containing the structural unit represented by the above formula (I) by promoting the dehydration reaction, it is preferable to perform drying in the production method of the present invention. Drying may be performed by, for example, vacuum drying. Drying may be performed while heating, or heating and drying may be performed separately.

本発明は、さらに、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体を含む本発明の吸着材とを接触させる工程を含む、金属イオンの吸着方法を提供する。少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを接触させることにより、該吸着材に溶液中の金属イオンが吸着される。   The present invention further includes a step of bringing a solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent of the present invention containing a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by the above formula (I). A method for adsorbing metal ions is provided. By bringing the solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent of the present invention, the metal ions in the solution are adsorbed on the adsorbent.

本発明の吸着方法において、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを接触させる方法は、特に限定されないが、例えば(1)金属イオンを含有する溶液に、本発明の吸着材を加えて浸漬し、混合する方法(バッチ法);(2)本発明の吸着材をカラムに充填し、金属イオンを含有する溶液をカラムの一方の端部から通液する方法(カラム法);のいずれか1つまたは両方を組み合わせて行うことができる。処理すべき溶液の量が少ない場合、高い吸着率を容易に達成できることから、カラム法を用いることが好ましい。処理すべき溶液の量が多い場合、コストおよび労力を低減する観点から、バッチ法を用いることが好ましい。   In the adsorption method of the present invention, the method of bringing the solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent of the present invention is not particularly limited. For example, (1) the present invention is applied to a solution containing metal ions. (2) Method of filling the column with the adsorbent of the present invention and passing a solution containing metal ions from one end of the column (batch method) Any one or both of column methods); When the amount of the solution to be treated is small, it is preferable to use the column method because a high adsorption rate can be easily achieved. When the amount of the solution to be treated is large, it is preferable to use a batch method from the viewpoint of reducing cost and labor.

金属イオンを含有する溶液と本発明の吸着材とをバッチ法により接触させる場合、容器内に設置した撹拌装置により混合を行ってもよく、容器の外部に設置した振盪装置によって容器全体を振盪することにより混合を行ってもよい。撹拌速度および振盪速度は、使用する容器の形状や溶液の体積に依存して変動し得るが、撹拌速度は通常100〜200rpm程度であり、振盪速度は通常100〜200rpm程度である。吸着材に対する金属イオンの吸着が平衡状態に達するまでに必要となる時間は、対象となる金属イオンの種類および濃度に依存して変動し得るが、通常2〜12時間である。また、平衡状態に達するまでの温度は、通常20〜30℃である。   When the solution containing metal ions and the adsorbent of the present invention are brought into contact with each other by a batch method, mixing may be performed by a stirring device installed in the container, and the entire container is shaken by a shaking device installed outside the container. Mixing may be carried out by this. The stirring speed and the shaking speed may vary depending on the shape of the container used and the volume of the solution, but the stirring speed is usually about 100 to 200 rpm, and the shaking speed is usually about 100 to 200 rpm. The time required for the adsorption of metal ions to the adsorbent to reach an equilibrium state may vary depending on the type and concentration of the target metal ions, but is usually 2 to 12 hours. Moreover, the temperature until reaching an equilibrium state is usually 20 to 30 ° C.

本発明の吸着方法において、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液としては、例えば廃液等の金属イオンを含む溶液をそのまま使用してもよいし、適宜前処理を行い、不溶性残渣や対象となる金属イオン以外の様々な夾雑物を除いた溶液を使用してもよい。溶液中の対象となる金属イオンの濃度は、吸着率を高める観点から、0.1〜2mmol dm−3であることが好ましい。 In the adsorption method of the present invention, as the solution containing at least one kind of metal ions, for example, a solution containing metal ions such as a waste liquid may be used as it is, or an appropriate pretreatment is performed to obtain an insoluble residue or target. A solution excluding various impurities other than metal ions may be used. The concentration of the target metal ion in the solution is preferably 0.1 to 2 mmol dm −3 from the viewpoint of increasing the adsorption rate.

少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを接触させる際、溶液に含まれる金属イオンを容易に吸着する観点から、溶液に含まれる金属イオンの1mmolに対する本発明の吸着材の重量が、0.05〜1gであることが好ましく、0.5〜1gであることがより好ましい。   When contacting the adsorbent of the present invention with a solution containing at least one metal ion, the adsorption of the present invention with respect to 1 mmol of metal ions contained in the solution from the viewpoint of easily adsorbing the metal ions contained in the solution. The weight of the material is preferably 0.05 to 1 g, and more preferably 0.5 to 1 g.

特定の金属イオンを選択的に吸着するために、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液のpHをあらかじめ調整しておくことが好ましい。例えば、容易にインジウムイオンおよび/またはガリウムイオンを吸着できる観点からは、吸着平衡時のpHが2〜4になるように、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液のpHを調整することが好ましく、吸着平衡時のpHが2〜3になるように、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液のpHを調整することがより好ましく、吸着平衡時のpHが2.5〜3になるように溶液のpHを調整することがさらに好ましい。例えば、容易にインジウムイオンおよびガリウムイオンを同時に吸着できる観点からは、吸着平衡時のpHが2〜4になるように、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液のpHを調整することが好ましく、吸着平衡時のpHが2〜3になるように少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液のpHを調整することがより好ましく、吸着平衡時のpHが2.5〜3になるように溶液のpHを調整することがさらに好ましい。pH調整は、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリや、硝酸、硫酸、塩酸、過塩素酸などの酸を用いて行うことができる。硝酸および水酸化ナトリウムを用いてpH調整を行うことが、金属錯陰イオンの生成を最小限にすることができるため、より好ましい。   In order to selectively adsorb specific metal ions, it is preferable to adjust the pH of a solution containing at least one metal ion in advance. For example, from the viewpoint of easily adsorbing indium ions and / or gallium ions, it is preferable to adjust the pH of the solution containing at least one metal ion so that the pH at the time of adsorption equilibrium is 2 to 4. More preferably, the pH of the solution containing at least one metal ion is adjusted so that the pH at the adsorption equilibrium is 2 to 3, and the pH at the adsorption equilibrium is 2.5 to 3. More preferably, the pH of the solution is adjusted. For example, from the viewpoint of easily adsorbing indium ions and gallium ions simultaneously, it is preferable to adjust the pH of the solution containing at least one metal ion so that the pH at the time of adsorption equilibrium is 2 to 4. It is more preferable to adjust the pH of the solution containing at least one metal ion so that the pH at the adsorption equilibrium is 2 to 3, and the pH of the solution is adjusted to 2.5 to 3 at the adsorption equilibrium. More preferably, the pH is adjusted. The pH can be adjusted using an alkali such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide or lithium hydroxide, or an acid such as nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid or perchloric acid. It is more preferable to adjust the pH using nitric acid and sodium hydroxide because the generation of metal complex anions can be minimized.

本発明の吸着材は、通常、固体であり、金属イオンを吸着した本発明の吸着材も、通常同様に、固体である。そのため、金属イオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを接触させた後、例えばろ過等により固液分離し、金属イオンを吸着した本発明の吸着材を該溶液から容易に取り除くことができる。金属イオンが吸着された吸着材から、金属イオンを回収する方法としては、例えば、金属イオンが吸着された吸着材と酸性溶液または塩基性溶液とを接触させて、金属イオンを吸着材から溶液中へと脱離させる方法、金属イオンが吸着された吸着材を焼却し、金属イオンを回収する方法などが挙げられる。吸着材を再生することができ、酸性溶液および塩基性溶液の選択により金属イオンのさらなる分離が可能となるため、吸着材と酸性溶液または塩基性溶液とを接触させて、金属イオンを脱離させる方法を用いることが好ましい。   The adsorbent of the present invention is usually solid, and the adsorbent of the present invention that adsorbs metal ions is also usually solid. Therefore, after the metal ion-containing solution and the adsorbent of the present invention are brought into contact, solid-liquid separation is performed by, for example, filtration, and the adsorbent of the present invention that has adsorbed metal ions can be easily removed from the solution. it can. As a method for recovering metal ions from an adsorbent on which metal ions have been adsorbed, for example, an adsorbent on which metal ions have been adsorbed and an acidic solution or a basic solution are brought into contact with each other, so that the metal ions are removed from the adsorbent into the solution. And a method of incinerating an adsorbent on which metal ions are adsorbed and recovering metal ions. The adsorbent can be regenerated and the metal ions can be further separated by selecting an acidic solution and a basic solution, so that the adsorbent is brought into contact with the acidic solution or the basic solution to desorb the metal ions. The method is preferably used.

本発明は、さらに、少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを接触させる工程;および
前記工程で得た金属イオンが吸着された吸着材と、酸性溶液または塩基性溶液とを接触させて、該吸着材から該金属イオンを脱離させる工程;
を含む、金属イオンの回収方法を提供する。
The present invention further includes a step of bringing a solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent of the present invention; and an adsorbent adsorbed with the metal ion obtained in the step, an acidic solution or a basic Contacting the solution to desorb the metal ions from the adsorbent;
A method for recovering metal ions is provided.

本発明の回収方法における、金属イオンを含有する溶液と本発明の吸着材とを接触させる工程に関し、本発明の吸着方法に関して述べた上記の記載が同様にあてはまる。   Regarding the step of bringing the metal ion-containing solution into contact with the adsorbent of the present invention in the recovery method of the present invention, the above description relating to the adsorption method of the present invention also applies.

本発明の回収方法において、金属イオンを吸着した本発明の吸着材と、酸性溶液または塩基性溶液とを接触させることにより、該金属イオンを吸着材から溶液中に脱離させ、金属イオンをリサイクル可能な状態で回収することができる。さらに、本発明の回収方法によれば、吸着材を再生することができる。   In the recovery method of the present invention, by contacting the adsorbent of the present invention adsorbing metal ions with an acidic solution or a basic solution, the metal ions are desorbed from the adsorbent into the solution, and the metal ions are recycled. It can be recovered in a possible state. Furthermore, according to the recovery method of the present invention, the adsorbent can be regenerated.

酸性溶液としては、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸、または、酢酸、クエン酸、シュウ酸等の有機酸の溶液が挙げられる。工業実廃液や浸出液への応用の観点から、酸性溶液として塩酸水溶液を使用することが好ましい。酸の量は、酸の種類等によっても異なるが、廃液処理を容易にする観点から、脱離させる金属イオンに対して1〜3倍モル程度とすることが好ましい。また、酸の濃度は、酸の種類等によって異なり特に限定されないが、例えば塩酸水溶液の場合、濃縮・回収の高効率化の観点から、好ましくは0.1〜2mol/dm、より好ましくは0.1〜1mol/dmである。本発明の吸着材は、比較的低濃度の酸性溶液を用いて金属イオンを脱離させることが可能であるため、脱離処理後の廃液の処理がより簡単である。 Although it does not specifically limit as an acidic solution, The solution of inorganic acids, such as hydrochloric acid, a sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or organic acids, such as an acetic acid, a citric acid, and an oxalic acid, is mentioned. From the viewpoint of application to industrial waste liquid or leachate, it is preferable to use an aqueous hydrochloric acid solution as the acidic solution. The amount of the acid varies depending on the type of the acid and the like, but from the viewpoint of facilitating waste liquid treatment, it is preferably about 1 to 3 moles relative to the metal ions to be eliminated. The concentration of the acid is not particularly limited vary depending on the type of acid, for example, in the case of hydrochloric acid solution, from the viewpoint of efficiency of concentrating and recovering, preferably 0.1 to 2 mol / dm 3, more preferably 0 0.1-1 mol / dm 3 . Since the adsorbent of the present invention can desorb metal ions using an acidic solution having a relatively low concentration, the treatment of the waste liquid after the desorption treatment is easier.

塩基性溶液としては、特に限定されないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、アンモニアの水溶液が挙げられる。金属イオンを吸着した本発明の吸着材からのガリウムイオンの選択的脱離が容易になるため、塩基性溶液として水酸化ナトリウム水溶液を使用することが好ましい。塩基の量は、塩基の種類等によっても異なるが、脱離の高効率化の観点から、脱離させる金属イオンに対して1〜3倍モル程度とすることが好ましい。また、塩基の濃度は、塩基の種類等によって異なり特に限定されないが、例えば水酸化ナトリウム水溶液の場合、脱離の高効率化の観点から、好ましくは0.1〜2mol/dm、より好ましくは0.1〜1mol/dmである。本発明の吸着材は、比較的低濃度の塩基性溶液を用いて金属イオンを脱離させることが可能であるため、脱離処理後の廃液の処理がより簡単である。 Although it does not specifically limit as a basic solution, For example, the aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, and ammonia is mentioned. Since selective desorption of gallium ions from the adsorbent of the present invention adsorbing metal ions is facilitated, it is preferable to use an aqueous sodium hydroxide solution as the basic solution. The amount of the base varies depending on the type of the base, but is preferably about 1 to 3 moles relative to the metal ion to be desorbed from the viewpoint of high desorption efficiency. Further, the concentration of the base varies depending on the type of the base and the like and is not particularly limited. For example, in the case of an aqueous sodium hydroxide solution, preferably from 0.1 to 2 mol / dm 3 , more preferably from the viewpoint of high desorption efficiency. 0.1 to 1 mol / dm 3 . Since the adsorbent of the present invention can desorb metal ions using a basic solution having a relatively low concentration, the treatment of the waste liquid after the desorption treatment is easier.

本発明の回収方法は、1回の脱離工程を含んでいてもよいし、2回以上の複数回の脱離工程を含んでいてもよい。例えば、1回目の脱離工程の後、吸着材をろ過により取り出し、1回目と同一または異なる酸性溶液または塩基性溶液を用いて2回目以降の脱離工程を行うことにより、脱離率を高めることができる。また、例えば、異なるpHを有する2種以上の溶液を2回以上の工程で用いることにより、本発明の吸着材に吸着された金属イオンを段階的に脱離させ、分離、回収することができる。   The recovery method of the present invention may include one desorption step or may include two or more desorption steps. For example, after the first desorption step, the adsorbent is removed by filtration, and the desorption rate is increased by performing the second and subsequent desorption steps using the same or different acid solution or basic solution as the first time. be able to. Further, for example, by using two or more kinds of solutions having different pHs in two or more steps, the metal ions adsorbed on the adsorbent of the present invention can be desorbed stepwise and separated and recovered. .

本発明の一態様において、少なくともインジウムイオンおよびガリウムイオンを含む溶液と、本発明の吸着材とを接触させることにより、本発明の吸着材にインジウムイオンおよびガリウムイオンを吸着させる。次いで、ろ過等によりインジウムイオンおよびガリウムイオンを吸着した吸着材を溶液から取り出す。取り出した吸着材を、好ましくは1以下のpHを有する酸性溶液、より好ましくは0.1〜2mol/dm、さらに好ましくは0.1〜1mol/dmの塩酸水溶液と接触させることにより、該吸着材からインジウムイオンおよびガリウムイオンの両方を脱離させ、回収することができる。 In one embodiment of the present invention, indium ions and gallium ions are adsorbed on the adsorbent of the present invention by bringing a solution containing at least indium ions and gallium ions into contact with the adsorbent of the present invention. Next, the adsorbent adsorbing indium ions and gallium ions is removed from the solution by filtration or the like. The extracted adsorbent is preferably brought into contact with an acidic solution having a pH of 1 or less, more preferably 0.1 to 2 mol / dm 3 , and still more preferably 0.1 to 1 mol / dm 3 hydrochloric acid aqueous solution. Both indium ions and gallium ions can be desorbed from the adsorbent and recovered.

本発明の別の一態様において、少なくともインジウムイオンおよびガリウムイオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを接触させることにより、本発明の吸着材にインジウムイオンおよびガリウムイオンを吸着させる。次いで、ろ過等によりインジウムイオンおよびガリウムイオンを吸着した吸着材を溶液から取り出す。取り出した吸着材を、好ましくは塩基性溶液、より好ましくは水酸化ナトリウム水溶液と接触させることにより、該吸着材から主にガリウムイオンを脱離させて回収することができる。次いで、該吸着材と、酸性溶液とを接触させることにより、該吸着材からインジウムイオンおよび場合により残るガリウムイオンを脱離させて回収することができる。この態様によれば、インジウムイオンとガリウムイオンとを分離することができる。   In another embodiment of the present invention, indium ions and gallium ions are adsorbed on the adsorbent of the present invention by bringing a solution containing at least indium ions and gallium ions into contact with the adsorbent of the present invention. Next, the adsorbent adsorbing indium ions and gallium ions is removed from the solution by filtration or the like. When the adsorbed material taken out is preferably brought into contact with a basic solution, more preferably an aqueous sodium hydroxide solution, the gallium ions can be mainly desorbed from the adsorbent and recovered. Next, by bringing the adsorbent into contact with an acidic solution, indium ions and optionally remaining gallium ions can be desorbed and recovered from the adsorbent. According to this aspect, indium ions and gallium ions can be separated.

本発明の別の一態様において、少なくともインジウムイオン、ガリウムイオンおよび亜鉛イオンを含有する溶液と、本発明の吸着材とを、好ましくは2〜4、より好ましくは2〜3、さらに好ましくは2.5〜3のpHにおいて接触させる。この態様によれば、本発明の吸着材にインジウムイオンおよびガリウムイオンは吸着されるが、亜鉛イオンは吸着されない。そして、インジウムイオンおよびガリウムイオンを吸着した吸着材をろ過等により溶液から取り出し、同様にして金属イオンを脱離させることにより、インジウムイオンおよびガリウムイオンと、亜鉛イオンとを分離することができる。この態様は、特に、亜鉛精錬における残渣等の副産物からインジウムおよびガリウムを分離させる際に有利であり得る。   In another embodiment of the present invention, the solution containing at least indium ions, gallium ions and zinc ions and the adsorbent of the present invention are preferably 2-4, more preferably 2-3, and still more preferably 2. Contact at a pH of 5-3. According to this aspect, indium ions and gallium ions are adsorbed on the adsorbent of the present invention, but zinc ions are not adsorbed. Then, by removing the adsorbent adsorbing the indium ions and gallium ions from the solution by filtration or the like and desorbing the metal ions in the same manner, the indium ions, gallium ions and zinc ions can be separated. This embodiment can be particularly advantageous in separating indium and gallium from byproducts such as residues in zinc refining.

本発明の回収方法により回収された各金属イオンを、公知の方法と適宜組み合わせて、さらに分離、濃縮し、回収してもよい。   The respective metal ions recovered by the recovery method of the present invention may be further separated, concentrated and recovered by appropriately combining with known methods.

以下において、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、これらの例は本発明を説明するためのものであり、本発明を何ら限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, these examples are for explaining the present invention and do not limit the present invention in any way.

〔クエン酸を導入した架橋キトサン誘導体の調製〕
実施例1
キミカキトサン30.3gに0.6mol dm−3のクエン酸溶液200cmを加えて30分間撹拌し、シャーレに入れた。得られた溶液を50℃で24時間減圧乾燥後、そのまま120℃で90分間減圧乾燥した。その後、室温で24時間乾燥し、50℃で約15時間減圧乾燥し、次いで、120℃で約3時間減圧乾燥した。得られた反応生成物を、室温でさらに乾燥後、熱水に浸して静置し、吸引ろ過を行った。反応生成物を熱水で洗浄後、乾燥した。乾燥した反応生成物であるクエン酸キトサンを細かく粉砕し、粉砕物を、吸引ろ過を用いて、熱水、1N-NaOH、1N-HCl、蒸留水、エタノールで順に洗浄後、乾燥を行い、茶色の架橋されたクエン酸キトサンを得た。クエン酸キトサンの合成スキームを次に示す。

Figure 2016010746
[Preparation of cross-linked chitosan derivative introduced with citric acid]
Example 1
200 cm 3 of a 0.6 mol dm −3 citric acid solution was added to 30.3 g of Kimikachitosan, stirred for 30 minutes, and placed in a petri dish. The obtained solution was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 24 hours and then directly dried under reduced pressure at 120 ° C. for 90 minutes. Thereafter, it was dried at room temperature for 24 hours, dried under reduced pressure at 50 ° C. for about 15 hours, and then dried under reduced pressure at 120 ° C. for about 3 hours. The obtained reaction product was further dried at room temperature, immersed in hot water and allowed to stand, and suction filtration was performed. The reaction product was washed with hot water and then dried. The dried reaction product, chitosan citrate, is finely pulverized, and the pulverized product is washed with hot water, 1N-NaOH, 1N-HCl, distilled water, ethanol in this order using suction filtration, dried, and brown Of cross-linked chitosan citrate was obtained. A synthesis scheme of chitosan citrate is shown below.
Figure 2016010746

〔吸着量および吸着率〕
実施例2
実施例1に記載の架橋キトサン誘導体を吸着材として用い、下記の方法で吸着量および吸着率を測定した。
In(III)、Ga(III)およびZn(II)の各金属イオンを、1mmol dm-3の金属イオン濃度で含有し、アンモニアおよび硝酸を用いて調整された表1〜3に記載のpH(pHini)を有する、硝酸アンモニウム溶液を得た。このようにして得た溶液を15cmずつ計り取り、吸着材0.05gを入れたサンプル管に加え、30℃の恒温槽中、120rpmの振盪速度で、24時間振盪させた。その後、溶液をろ過し、ろ液のpH(pHeq)をpHメーターを用いて測定した。振盪を行う前後の溶液中の金属イオン濃度を、原子吸光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製「Hitachi Model z−2310」)およびIPC発光分析装置(株式会社島津製作所製「SHIMADZU ICPS=7000」)を用いて測定した。なお、In(III)およびGa(III)については、溶液を精製水で6倍に希釈した希釈液を用い、Zn(II)については、溶液を精製水で101倍に希釈した希釈液を用いて金属イオン濃度の測定を行い、希釈前の溶液の金属イオン濃度に換算した。得られた金属イオン濃度から、次の式に従い、吸着率(%)および吸着量(mmol/g)を算出した。式中、Ciniは、初期金属イオン濃度(mmol dm-3)であり、吸着前の溶液中の金属イオン濃度を表す。本実施例において、Ciniは1である。Ceqは、平衡金属イオン濃度(mmol dm-3)であり、金属イオンを吸着材に吸着させた後のろ液中の金属イオン濃度を表す。wは吸着材の重量であり、当該実施例においてはw=0.05gである。

Figure 2016010746
[Adsorption amount and adsorption rate]
Example 2
Using the crosslinked chitosan derivative described in Example 1 as an adsorbent, the adsorption amount and adsorption rate were measured by the following methods.
Each pH of In (III), Ga (III), and Zn (II) contained at a metal ion concentration of 1 mmol dm −3 and adjusted with ammonia and nitric acid (pH 1 to Table 3) An ammonium nitrate solution having a pH ini ) was obtained. The solution thus obtained was weighed 15 cm 3 at a time, added to a sample tube containing 0.05 g of an adsorbent, and shaken in a 30 ° C. constant temperature bath at a shaking speed of 120 rpm for 24 hours. Thereafter, the solution was filtered, and the pH (pH eq ) of the filtrate was measured using a pH meter. The metal ion concentration in the solution before and after shaking was measured using an atomic absorption photometer (Hitachi Model z-2310, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) and an IPC emission spectrometer (SHIMADZU ICPS = 7000, manufactured by Shimadzu Corporation). It measured using. For In (III) and Ga (III), a diluted solution obtained by diluting the solution 6 times with purified water was used. For Zn (II), a diluted solution obtained by diluting the solution 101 times with purified water was used. The metal ion concentration was measured and converted to the metal ion concentration of the solution before dilution. From the obtained metal ion concentration, the adsorption rate (%) and the adsorption amount (mmol / g) were calculated according to the following formula. In the formula, Cini is the initial metal ion concentration (mmol dm −3 ), and represents the metal ion concentration in the solution before adsorption. In this embodiment, C ini is 1. C eq is the equilibrium metal ion concentration (mmol dm −3 ), and represents the metal ion concentration in the filtrate after the metal ions are adsorbed on the adsorbent. w is the weight of the adsorbent, and in this example w = 0.05 g.
Figure 2016010746

インジウムイオン、ガリウムイオンおよび亜鉛イオンについて得られた結果を、それぞれ、次の表1〜3に示す。また、図1に、本発明の吸着材の各金属に対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。

Figure 2016010746
Figure 2016010746
Figure 2016010746
The results obtained for indium ions, gallium ions and zinc ions are shown in the following Tables 1 to 3, respectively. FIG. 1 shows the relationship between the adsorption rate of each adsorbent of the present invention for each metal and the pH after adsorption equilibrium.
Figure 2016010746
Figure 2016010746
Figure 2016010746

比較例1
次の式で示されるジグリコール酸キトサンを吸着材として用いたこと以外は実施例2と同様にして、吸着量および吸着率の測定を行った。

Figure 2016010746
比較例1の吸着材は、0.12mmol/gのインジウムに対する吸着量を有し、0.058〜0.204mmol/gのガリウムに対する吸着量を有していた。また、図2に、本発明によらない比較例1の吸着材の各金属に対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。 Comparative Example 1
The amount of adsorption and the adsorption rate were measured in the same manner as in Example 2 except that chitosan diglycolate represented by the following formula was used as the adsorbent.
Figure 2016010746
The adsorbent of Comparative Example 1 had an adsorption amount for indium of 0.12 mmol / g and an adsorption amount for gallium of 0.058 to 0.204 mmol / g. FIG. 2 shows the relationship between the adsorption rate for each metal of the adsorbent of Comparative Example 1 not according to the present invention and the pH after adsorption equilibrium.

図1および図2から明らかなように、本発明の吸着材は実施例2に示す溶液中の各金属イオンに対し十分な吸着性を有するのに対し、比較例1の吸着材は、同様の金属イオンに対し、十分な吸着性を有さない。また、比較例1の吸着材を用いる場合、インジウムイオンおよびガリウムイオンと亜鉛イオンとを容易に分離できるとはいえない。   As is clear from FIGS. 1 and 2, the adsorbent of the present invention has sufficient adsorptivity to each metal ion in the solution shown in Example 2, whereas the adsorbent of Comparative Example 1 has the same It does not have sufficient adsorptivity for metal ions. Moreover, when using the adsorbent of Comparative Example 1, it cannot be said that indium ions, gallium ions and zinc ions can be easily separated.

実施例3
In(III)、Ga(III)およびZn(II)等の金属イオンに代えて、Pb(II)の金属イオンを用いたこと以外は実施例2と同様にして、吸着量および吸着率の測定を行った。なお、金属イオン濃度の測定には、溶液を精製水で15倍に希釈した希釈液を用いた。
Example 3
Measurement of adsorption amount and adsorption rate in the same manner as in Example 2 except that metal ions of Pb (II) were used instead of metal ions such as In (III), Ga (III) and Zn (II). Went. For measurement of the metal ion concentration, a diluted solution obtained by diluting the solution 15 times with purified water was used.

鉛イオンについて得られた結果を、次の表4に示す。また、図3に、本発明の吸着材の鉛イオンに対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。

Figure 2016010746
The results obtained for lead ions are shown in Table 4 below. Moreover, in FIG. 3, the relationship between the adsorption rate with respect to the lead ion of the adsorbent of this invention and pH after adsorption equilibrium is shown.
Figure 2016010746

実施例4
In(III)、Ga(III)およびZn(II)等の金属イオンに代えて、Co(II)の金属イオンを用いたこと以外は実施例2と同様にして、吸着量および吸着率の測定を行った。なお、金属イオン濃度の測定には、溶液を精製水で21倍に希釈した希釈液を用いた。
Example 4
Measurement of adsorption amount and adsorption rate in the same manner as in Example 2 except that a metal ion of Co (II) was used instead of a metal ion such as In (III), Ga (III) and Zn (II). Went. For measurement of the metal ion concentration, a diluted solution obtained by diluting the solution 21 times with purified water was used.

コバルトイオンについて得られた結果を、次の表5に示す。また、図3に、本発明の吸着材のコバルトイオンに対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。

Figure 2016010746
The results obtained for cobalt ions are shown in Table 5 below. FIG. 3 shows the relationship between the adsorption rate of the adsorbent of the present invention for cobalt ions and the pH after adsorption equilibrium.
Figure 2016010746

実施例5
In(III)、Ga(III)およびZn(II)等の金属イオンに代えて、Mn(II)の金属イオンを用いたこと以外は実施例2と同様にして、吸着量および吸着率の測定を行った。なお、金属イオン濃度の測定には、溶液を精製水で51倍に希釈した希釈液を用いた。
Example 5
Measurement of adsorption amount and adsorption rate in the same manner as in Example 2 except that metal ions of Mn (II) were used instead of metal ions such as In (III), Ga (III) and Zn (II). Went. For measurement of the metal ion concentration, a diluted solution obtained by diluting the solution 51 times with purified water was used.

マンガンイオンについて得られた結果を、次の表6に示す。また、図3に、本発明の吸着材のマンガンイオンに対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。

Figure 2016010746
The results obtained for manganese ions are shown in Table 6 below. FIG. 3 shows the relationship between the adsorption rate of the adsorbent of the present invention for manganese ions and the pH after adsorption equilibrium.
Figure 2016010746

実施例6
In(III)、Ga(III)およびZn(II)等の金属イオンに代えて、Mg(II)の金属イオンを用いたこと以外は実施例2と同様にして、吸着量および吸着率の測定を行った。なお、金属イオン濃度の測定には、溶液を精製水で81倍に希釈した希釈液を用いた。
Example 6
Measurement of adsorption amount and adsorption rate in the same manner as in Example 2 except that metal ions of Mg (II) were used instead of metal ions such as In (III), Ga (III) and Zn (II). Went. For measurement of the metal ion concentration, a diluted solution obtained by diluting the solution 81 times with purified water was used.

マグネシウムイオンについて得られた結果を、次の表7に示す。また、図3に、本発明の吸着材のマグネシウムイオンに対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。

Figure 2016010746
The results obtained for magnesium ions are shown in Table 7 below. FIG. 3 shows the relationship between the adsorption rate of the adsorbent of the present invention for magnesium ions and the pH after adsorption equilibrium.
Figure 2016010746

実施例7
In(III)、Ga(III)およびZn(II)等の金属イオンに代えて、Ni(II)の金属イオンを用いたこと以外は実施例2と同様にして、吸着量および吸着率の測定を行った。なお、金属イオン濃度の測定には、溶液を精製水で21倍に希釈した希釈液を用いた。
Example 7
Measurement of adsorption amount and adsorption rate in the same manner as in Example 2 except that metal ions of Ni (II) were used instead of metal ions such as In (III), Ga (III) and Zn (II). Went. For measurement of the metal ion concentration, a diluted solution obtained by diluting the solution 21 times with purified water was used.

ニッケルイオンについて得られた結果を、次の表8に示す。また、図3に、本発明の吸着材のニッケルイオンに対する吸着率と吸着平衡後のpHとの関係を示す。

Figure 2016010746
The results obtained for nickel ions are shown in Table 8 below. FIG. 3 shows the relationship between the adsorption rate of the adsorbent of the present invention with respect to nickel ions and the pH after adsorption equilibrium.
Figure 2016010746

〔吸着等温線〕
本発明の吸着材によるIn(III)およびGa(III)の飽和吸着量を測定するために、吸着等温線を測定した。まず、In(III)およびGa(III)の初濃度が、それぞれ、3×10−3〜20×10−3mol dm−3となるように調整した0.1Nの塩酸溶液15cmに、本発明の吸着材を0.05g加え、30℃の恒温槽で振盪速度120rpmで24時間振盪した。平衡に到達後、平衡金属イオン濃度(Ceq)を測定した。吸着等温線をLangmuir型に当てはめ考察した。Langmuir吸着等温式を下記式(1)に示す。これを変形した下記式(2)に基づいたLangmuirプロット(横軸にCeq、縦軸にCeq/qをプロットしたグラフ)の傾きと切片より吸着平衡定数Kad(dm mmol−1)と飽和吸着量q(mmol g−1)を求めた。なお、下記式(1)および(2)中、qは金属イオンの吸着量を表す。

Figure 2016010746
[Adsorption isotherm]
In order to measure the saturated adsorption amounts of In (III) and Ga (III) by the adsorbent of the present invention, adsorption isotherms were measured. First, the initial concentration of In (III) and Ga (III) was adjusted to 15 cm 3 of 0.1N hydrochloric acid solution adjusted so as to be 3 × 10 −3 to 20 × 10 −3 mol dm −3 , respectively. 0.05 g of the adsorbent of the invention was added, and the mixture was shaken in a constant temperature bath at 30 ° C. at a shaking speed of 120 rpm for 24 hours. After reaching equilibrium, the equilibrium metal ion concentration (C eq ) was measured. The adsorption isotherm was applied to the Langmuir type for consideration. The Langmuir adsorption isotherm is shown in the following formula (1). Langmuir plot based on the following equation obtained by modifying it (2) adsorption equilibrium constant than the slope and intercept of (the horizontal axis C eq, the longitudinal axis C eq / q the plotted graph) K ad (dm 3 mmol -1 ) And the saturated adsorption amount q m (mmol g −1 ). In addition, in following formula (1) and (2), q represents the adsorption amount of a metal ion.
Figure 2016010746

この式で示される直線の傾きから飽和吸着量q、切片から吸着平衡定数Kadを求めた。In(III)およびGa(III)のそれぞれについて得られた結果を次の表9に示す。

Figure 2016010746
The saturated adsorption amount q m was determined from the slope of the straight line represented by this equation, and the adsorption equilibrium constant K ad was determined from the intercept. The results obtained for each of In (III) and Ga (III) are shown in Table 9 below.
Figure 2016010746

上記の結果より、本発明の吸着材は、インジウムイオンおよびガリウムイオンに対して、高い飽和吸着量を有することがわかる。   From the above results, it can be seen that the adsorbent of the present invention has a high saturated adsorption amount with respect to indium ions and gallium ions.

〔脱離率〕
実施例9
実施例2の表1におけるNo.2においてろ過により回収された、インジウムイオンが吸着された吸着材を、脱離率の測定に用いた。また、実施例2の表2におけるNo.2においてろ過により回収された、ガリウムイオンが吸着された吸着材を、脱離率の測定に用いた。脱離剤として0.1mol dm−3または1.0mol dm−3濃度のHCl水溶液、または、0.1mol dm−3または1.0mol dm−3濃度のNaOH水溶液を用いた。ろ過により回収された各吸着材0.05g/15mlを入れたサンプル管のそれぞれに、上記の脱離剤を15ml加え、30℃の恒温槽中、120rpmの振盪速度で、24時間振盪させた。その後、溶液をろ過し、ろ液(以下において「脱離液」とも称する)中の金属イオン濃度を上記と同様にして測定した。得られた金属イオン濃度から、次の式に従い、脱離率(%)を算出した。式中、CiniおよびCeqは、上記と同様に定義される。Cdesは、脱離液中の金属イオン濃度(mmol dm-3)である。

Figure 2016010746
[Desorption rate]
Example 9
No. 2 in Table 1 of Example 2 The adsorbent adsorbed with indium ions collected by filtration in No. 2 was used for measuring the desorption rate. No. 2 in Table 2 of Example 2 The adsorbent adsorbed with gallium ions collected by filtration in No. 2 was used for measuring the desorption rate. HCl aqueous 0.1 mol dm -3 or 1.0 mol dm -3 concentration as desorbing agent, or with aqueous NaOH 0.1 mol dm -3 or 1.0 mol dm -3 concentration. 15 ml of the desorbing agent was added to each sample tube containing 0.05 g / 15 ml of each adsorbent collected by filtration, and the mixture was shaken at a shaking speed of 120 rpm in a thermostatic bath at 30 ° C. for 24 hours. Thereafter, the solution was filtered, and the metal ion concentration in the filtrate (hereinafter also referred to as “desorbed liquid”) was measured in the same manner as described above. From the obtained metal ion concentration, the desorption rate (%) was calculated according to the following formula. In the formula, C ini and C eq are defined in the same manner as described above. C des is the metal ion concentration (mmol dm −3 ) in the desorbed liquid.
Figure 2016010746

得られた結果を、次の表10に示す。

Figure 2016010746
The results obtained are shown in Table 10 below.
Figure 2016010746

上記の結果より、酸性溶液を用いることにより、インジウムイオンおよびガリウムイオンを同時に脱離できることがわかる。また、塩基性溶液を用いることにより、主にガリウムイオンを選択的に脱離できることがわかる。また、本発明の吸着材は、比較的低濃度の酸性溶液または塩基性溶液を用いた場合にも金属イオンの脱離が可能であるため、より簡単かつ効率的に金属イオンを回収することができ、また、脱離液の廃液処理も簡単である。   From the above results, it is understood that indium ions and gallium ions can be desorbed simultaneously by using an acidic solution. Moreover, it turns out that a gallium ion can be mainly mainly selectively eliminated by using a basic solution. Moreover, since the adsorbent of the present invention can desorb metal ions even when a relatively low concentration acidic solution or basic solution is used, metal ions can be recovered more easily and efficiently. In addition, the waste liquid treatment of the desorbed liquid is easy.

Claims (6)

式(I):
Figure 2016010746
で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体を含む、吸着材。
Formula (I):
Figure 2016010746
An adsorbent comprising a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by:
金属イオンを吸着するための吸着材であって、該金属イオンはインジウムイオンおよびガリウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の吸着材。   The adsorbent for adsorbing metal ions according to claim 1, wherein the metal ions are at least one selected from the group consisting of indium ions and gallium ions. キトサンとクエン酸とを混合し加熱下に脱水反応を行うことにより、架橋および官能基の導入を同時に行う、上記式(I)で表される構造単位を含有する架橋キトサン誘導体の製造方法。   A method for producing a crosslinked chitosan derivative containing a structural unit represented by the above formula (I), wherein chitosan and citric acid are mixed and subjected to a dehydration reaction under heating to simultaneously perform crosslinking and introduction of a functional group. 少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、請求項1または2に記載の吸着材とを接触させる工程を含む、金属イオンの吸着方法。   A method for adsorbing metal ions, comprising a step of bringing a solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent according to claim 1. 少なくとも1種の金属イオンを含有する溶液と、請求項1または2に記載の吸着材とを接触させる工程;および
前記工程で得た金属イオンが吸着された吸着材と、酸性溶液または塩基性溶液とを接触させて、該吸着材から該金属イオンを脱離させる工程;
を含む、金属イオンの回収方法。
A step of bringing a solution containing at least one metal ion into contact with the adsorbent according to claim 1; and an adsorbent adsorbed with the metal ion obtained in the step, and an acidic solution or a basic solution. And desorbing the metal ions from the adsorbent;
A method for recovering metal ions.
インジウムイオンおよびガリウムイオンを含有する溶液と、請求項1または2に記載の吸着材とを接触させる工程;
前記工程で得たインジウムイオンおよびガリウムイオンが吸着された吸着材と、塩基性溶液とを接触させて、該吸着材からガリウムイオンを脱離させる工程;および前記吸着材と、酸性溶液とを接触させて、該吸着材からインジウムイオンを脱離させる工程を含む、請求項5に記載の回収方法。
A step of bringing a solution containing indium ions and gallium ions into contact with the adsorbent according to claim 1;
Contacting the adsorbent adsorbed with indium ions and gallium ions obtained in the step with a basic solution to desorb gallium ions from the adsorbent; and contacting the adsorbent with an acidic solution The recovery method according to claim 5, further comprising a step of desorbing indium ions from the adsorbent.
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